铁碳合金相图分析

1点以上
1～2点
2～3点
图3-3 共析钢结晶过程示意图
3点～室温
共析钢的室温组织全部为P，呈层片状，其室温下的显微组织如图3-4 所示。
图3-4 共析钢室温下的显微组织
（二）亚共析钢的结晶过程 图 3-2 中的合金Ⅱ为 wC 0.45% 的亚共析钢，其结晶过程如图 3-5 所示。
1点以上
1～2点
A3 线 合金冷却时从奥氏体中开始析出铁素体的析出线
三、铁碳合金的结晶过程
图3-2 简化后的Fe-Fe3C相图
根据碳的质量分数和室温显微组织不同，铁碳合金可以分为工业纯 铁、钢和白口铸铁三大类，具体如下。
（一）共析钢的结晶过程 在图 3-2 中，合金Ⅰ为 wC 0.77% 的共析钢，其结晶过程如图 3-3 所示。
图3-12 亚共晶白口铸铁室温下的显微组织
（六）过共晶白口铸铁的结晶过程 图 3-2 中的合金Ⅵ为 wC 5.0% 的过共晶白口铸铁，其结晶过程如图 3-13
所示。
1点以上
1～2点
2～3点
图3-13 过共晶白口铸铁的结晶示意图
3点～室温
过共晶白口铸铁室温下的显微组织如图 3-14 所示，图中白色条状为 Fe3CⅠ ， 黑白 相间的 基 体 为 Ld′ 。所 有过共 晶 白口 铸铁 的 室温 组织 均 为 Ld Fe3CⅠ，只是随着碳含量的增加， Fe3CⅠ量增加。
0.09
碳在 δ-Fe 中的最大溶解度
J
1 495
K
727
0.17 6.69
包晶点 LB δH
A 1495℃ J
Fe3C 的成分
符号 N P S Q
温度 T/℃ 1 394 727
727 室温
wC /% 0
0.021 8
0.77
0.000 8
含义 δ-Fe，γ-Fe 的同素异构转变点 碳在 α-Fe 中的最大溶解度 共析点 AS 727℃ FP Fe3C 室温时，碳在 α-Fe 中的溶解度
工程材料及成形工艺
铁碳合金相图分析
铁碳合金相图是在平衡条件下，铁碳合金的成分、温度和组织之间关系 的图形。在铁碳合金中，铁和碳可形成 Fe3C，Fe2C，FeC 等一系列稳定的化合 物。
图3-1 铁碳合金相图
一、相图中的特性点
表3-1 铁碳合金相图中各特性点的温度、成分和含义
符号 A B
温度 T/℃ 1 538 1 495
2～3点
3～4点
图3-5 亚共析钢结晶过程示意图
4点～室温
45 钢室温下的显微组织如图 3-6 所示，F 呈白色块状，P 呈层片状，放 大倍数不高时呈黑色块状。所有亚共析钢的室温组织都是 F+P ，只是随碳含 量的增加，P 越来越多，F 越来越少。
图3-6 45钢室温下的显微组织
（三）过共析钢的结晶过程 图 3-2 中的合金Ⅲ为 wC 1.2% 的过共析钢，其结晶过程如图 3-7 所示。
图3-14 过共晶白口铸铁室温下的显微组织
四、铁碳合金成分、组织和性能之间的关系
二、相图中的特性线
铁碳合金相图的特性线是不同成分合金具有相同意义相变点的连接 线，代表了铁碳合金内部组织发生转变的界限。
特性线 ABCD 线 AHJECF 线 HJB 水平线 ECF 水平线 PSK 水平线
ES 线
PQ 线 GS 线
名称
含义
液相线 铁碳合金开始结晶或完全熔化温度的连线，此线以上为液相
wC /% 0
0.53
含义 纯铁的熔点 包晶反应时液态合金的成分
C
1 148
D
1 227
E
1 148
F
1 148
G
912
H
1 495ຫໍສະໝຸດ 4.30共晶点 LC 1 148℃ AE Fe3C
6.69
Fe3C 的熔点
2.11
碳在 γ-Fe 中的最大溶解度
6.69
Fe3C 的成分
0
α-Fe，γ-Fe 的同素异构转变点
1点以上
1～2点
2～3点
3～4点
图3-7 过共析钢结晶过程示意图
4点～室温
过共析钢室温下的显微组织如图 3-8 所示。所有过共析钢的室温组织都是 P 网状Fe3CⅡ ，只是随着碳含量的增加， Fe3CⅡ越来越多，P 越来越少。
图3-8 过共析钢室温下的显微组织
（四）共晶白口铸铁的结晶过程 图 3-2 中的合金Ⅳ为 wC 4.3% 的共晶白口铸铁，其结晶过程如图 3-9 所示。
Acm 线
碳在奥氏体中的溶解度曲线。在 1 148℃时，奥氏体中碳的质量分数为 2.11%，而在 727℃ 时，奥氏体中碳的质量分数为 0.77%。因此，凡是碳的质量分数大于 0.77%的铁碳合金 自 1 148℃冷却至 727℃时，都会从奥氏体沿晶界析出渗碳体，此渗碳体称为二次渗碳体 （ Fe3CⅡ ）
碳在铁素体中的溶解度曲线。在 727℃时，铁素体中碳的质量分数为 0.021 8%，而在室温时， 铁素体中碳的质量分数为 0.000 8%。因此，一般铁碳合金由 727℃冷却至室温时，将从铁素 体中析出渗碳体，此渗碳体称为三次渗碳体（ Fe3CⅢ ）。因其数量极少，在碳质量分数较高 的合金中可忽略不计
固相线 铁碳合金开始熔化或完全结晶温度的连线，此线以下为固相
包晶线
含碳 0.09%～0.53%的铁碳合金缓冷至此线温度（1 495℃）时，均发生包晶反应，生成奥 氏体
共晶线
含碳 2.11%～6.69%的铁碳合金缓冷至此线温度（1 148℃）时，均发生共晶反应，生成莱 氏体
共析线 所有含碳量超过 0.021 8%的铁碳合金缓冷至此线温度（727℃）时，均发生共析反应，生 （A1 线） 成珠光体。共析反应温度通常称为 A1 温度
1点以上
1～2点
2～3点
图3-11 亚共晶白口铸铁的结晶示意图
3点～室温
亚共晶白口铸铁室温下的显微组织如图 3-12 所示，黑色块状或树枝状为 P， 黑白相间的基体为 Ld′，二次渗碳体和共晶渗碳体混在一起，无法分辨。所有亚 共晶白口铸铁的室温组织均为 P Fe3CⅡ Ld ，只是随着碳含量的增加，Ld′越 来越多，其他量越来越少。
1点以上
1～2点 图3-9 共晶白口铸铁的结晶示意图
2点～室温
共晶白口铸铁室温下的显微组织如图3-10所示，黑色部分为P，白色基 体为渗碳体（共晶渗碳体和二次渗碳体混在一起，无法分辨）。
图3-10 共晶白口铸铁室温下的显微组织
（五）亚共晶白口铸铁的结晶过程 图 3-2 中的合金Ⅴ为 wC 3.0% 的亚共晶白口铸铁，其结晶过程如图 3-11 所示。